Spintronische THz-Emitter aus magnetischen Legierungsschichten

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Albrecht; Professor Dr. Rudolf Bratschitsch
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520020505

Elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich von 0,3 bis 30 THz ist für die Spektroskopie und Bildgebung in der Grundlagenforschung sowie für Anwendungen wie Qualitätskontrolle, Sicherheitstechnik und Telekommunikation von großem Nutzen. Ultraschnelle Spintronik-Emitter stellen einen neuen Typ von THz-Quellen dar. Im Allgemeinen handelt es sich um ferromagnetische/nichtmagnetische Systeme wie Fe/Pt, die auf dem inversen Spin-Hall-Effekt beruhen. Das Pumpen dieser Struktur mit einem Femtosekunden-Laserimpuls erzeugt einen Spinstrom von der magnetischen in die nichtmagnetische Schicht. Dort wird der Spinstrom über den inversen Spin-Hall-Effekt anschließend in einen ultraschnellen Ladungsstrom umgewandelt, der als Quelle für breitbandige THz-Strahlung dient. Kürzlich haben erste experimentelle Ergebnisse zu magnetischen Legierungssystemen ohne einzelne Grenzschicht gezeigt, dass ein umfassenderes Verständnis der Mechanismen der THz-Erzeugung erforderlich ist. Ziel dieses gemeinsamen Projektes ist es, spintronische THz-Emitter aus magnetischen Legierungsschichten systematisch zu untersuchen und ein Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse zur THz-Erzeugung zu erlangen. Wir werden verschiedene magnetische Legierungsschichten unterschiedlicher Zusammensetzung herstellen und den Einfluss nichtmagnetischer schwerer Elemente auf die ultraschnelle THz-Emission bis hin zu kryogenen Temperaturen untersuchen. Darüber hinaus werden wir die Entwicklung der THz-Emissionseigenschaften aufgrund der Grenzflächenvermischung von magnetischen/nichtmagnetischen Doppelschichten studieren, indem wir schrittweise mit Hilfe der Ionenbestrahlung eine gezielte chemische Durchmischung der Grenzflächen durchführen, die bis zur Erzeugung einer homogenen magnetischen Legierungsschicht reicht. Schließlich soll der Einfluss der chemischen Struktur und Verteilung der Elemente in einer chemisch geordneten Legierung auf die THz-Emission analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen